从生活走进化学

李德前

一、教学思路

本活动案例取自沪教版九年级《化学》第5章第3节《金属防护和废金属回收》，以其第一部分“钢铁锈蚀及其防护”为基础，适当增加了钢铁锈蚀正面利用的实例，如暖宝宝、铁系食品脱氧剂、用铁粉测量空气中氧气的体积含量等。

本节课通过“钢铁锈蚀害死人”的情境设计，通过探究钢铁锈蚀的条件，培养学生根据理论知识和生活经验提出合理猜想的能力，以及灵活运用控制变量法解决实际问题的技巧。通过呈现钢铁锈蚀的正面利用，培养学生的辩证唯物主义思想，也使学生认识到化学是一把双刃剑，要合理运用。在教学过程中，通过小组合作、猜想假设、设计实验、动手操作等一系列学习活动，充分发挥学生的潜能，培养学生的探究意识；通过联系实际，培养学生学以致用的能力，同时体现“从生活走进化学，从化学走向社会”的课程理念。

另外，考虑到课堂时间的局限性，为了提高实验效率和课堂效益，探究钢铁锈蚀条件的实验装置提前5天组装好，在本节课上学生设计好实验方案后再适时展示，以使学生及时观察到明显的实验现象。为增加学生动手操作的机会，又安排了2个分组实验：检验铁系脱氧剂的主要成分，利用钢铁锈蚀原理测量空气中氧气的体积分数。

二、学习目标

1.知道钢铁锈蚀的条件，认识金属防护的简单方法。

2.知道合理利用钢铁锈蚀能够趋利避害。

3.初步学会利用控制变量法探究钢铁锈蚀的条件。

4.体验测量空气中氧气体积分数的又一种方法。

5.激发学习化学的兴趣，保持探究身边物质的兴趣。

三、教学过程

1.创设情境，引入探究的主题。

教师：某化工厂有一个存放MgCl2溶液的钢铁容器，使用久了容器已锈迹斑斑，亟需维修。一天，2名维修工刚进入容器就晕倒了。被发现时，一名操作工已不幸遇难，另一位经抢救脱险。事故调查组对钢铁容器内的气体成分进行了检测，发现并不存在有毒气体，但容器中氧气的含量却非常低。

为什么钢铁容器内会严重缺氧呢？杀害维修工人的“凶手”是谁呢？

教师板书：有关钢铁锈蚀的探究

2.设计实验，探究钢铁锈蚀的条件。

教师：钢铁是应用普遍而又极易锈蚀的金属材料。铁锈的化学成分是Fe2O3·xH2O，它是疏松的红色固体。为了减少损失，我们需要探究钢铁锈蚀的原因和防护措施。

教师提问：根据铁锈的化学成分、我们的生活经验等，猜想钢铁锈蚀需要哪些条件。

学生：钢铁锈蚀肯定需要水，因为铁锈中就含有化合态的水。

学生：我发现阴雨天钢铁的锈蚀很严重，所以我也认为钢铁锈蚀需要水。

学生：因为钢铁锈蚀发生在空气中，而且氧气的化学性质比较活泼，所以我认为钢铁锈蚀还需要氧气。

学生：在淮海战役纪念馆里，我发现放置在氮气密封箱里的文物很难生锈，所以我也认为钢铁锈蚀需要氧气。

学生：我觉得钢铁锈蚀只需要水就可以了，因为水中既有氢元素，又有氧元素，可以满足铁锈的需求。

教师小结：这些猜想都有一定的道理。要验证我们的猜想，该如何去设计实验装置呢？

学生：至少需要设计3个对比实验。

学生：对比实验还需控制变量，分别控制：钢铁仅与氧气接触，仅与水接触，既接触水又接触氧气。

教师小结：控制变量法是研究多因素问题的常用方法。

（因为钢铁锈蚀属于缓慢氧化，所以教师提前5天按照学生的设计思路，组装好了实验装置。）

展示图1实验装置（试管①中的铁钉处于干燥的空气中，试管②中的铁钉完全浸没在冷却的沸水中，试管③中的铁钉既接触水又接触氧气）。学生观察实验现象，然后汇报。

学生：试管①②中的铁钉没有生锈，试管③中的铁钉生锈了。

学生：试管③中，铁钉在空气与水的交界处铁锈最多。

教师小结、板书：钢铁锈蚀是铁与氧气、水共同作用的结果。

教师提问：为什么海边的铁制品极易生锈？为什么化工设备、化学实验室的铁制品更易发生锈蚀？

展示图2实验装置（试管④中的铁钉5天前用酸溶液浸过，试管⑤中的铁钉5天前放在氯化钠溶液中）。

学生观察后，汇报实验现象。

学生：试管④⑤中的铁钉锈蚀严重。

学生：试管④⑤中产生的铁锈，远远多于试管③。

学生：试管⑤的底部还有少量黑色固体，可能是铁钉中原有的杂质碳。

教师小结、板书：酸、盐的存在会加速钢铁的锈蚀。

教师提问：现在我们再来回答，为什么开头说的那个钢铁容器害死了人？

学生：钢铁生锈会消耗氧气，容器中残存的氯化镁加快了铁生锈，因而造成钢质容器内严重缺氧。

学生：杀害维修工的“凶手”是钢铁锈蚀造成的缺氧环境。

3.逆向思考，探寻金属防护的措施。

教师：钢铁锈蚀危害巨大，全世界每年有将近1/4的钢铁制品由于生锈而报废。

学生讨论：防止钢铁锈蚀的方法有哪些。

教师巡视、参与、释疑，讨论结束师生小结。

教师小结、板书：金属防护的措施：保持洁净干燥、表面覆盖保护膜、制成合金等。

教师：不同的钢铁制品所采取的防锈措施有所不同。展示自行车实物（或投影自行车图片）。

教师提问：自行车上的钢铁零部件采取了哪些防锈措施。

学生回答后，教师小结：支架——喷漆；链条——烤蓝、涂油；车把——镀铬；螺丝钉——镀锌。

4.趋利避害，巧妙利用钢铁锈蚀。

教师：钢铁锈蚀不仅缓慢放热，还消耗氧气，人们巧妙利用这些性质和特征，发明了暖宝宝、铁系脱氧剂等，从而使铁生锈趋利避害、扬长避短。

板书：巧妙利用铁生锈能趋利避害。

教师提问：暖宝宝包装袋上标注的化学成分有哪些？

学生讨论：暖宝宝中铁粉、活性炭、食盐、水等分别具有的作用。教师巡视、参与、点拨，讨论结束学生汇报。

学生：铁粉是发热剂的主体物质，水是铁生锈的必备条件之一。

学生：食盐的存在能加快铁的锈蚀，使暖宝宝在短时间里放出大量的热。

学生：活性炭是一种载体，能使各种成分均匀混合，从而使暖宝宝发热均匀，以免局部过热，烫伤身体。

教师：铁生锈不仅消耗氧气，而且生成固态的铁锈。因此，可以利用铁粉测量空气中氧气的体积分数。那如何设计这个实验装置呢？

实验：学生回忆燃磷法测量空气中氧气体积分数的实验装置，并根据教师提供的实验用品，设计出如图3和图4所示的实验装置。

分组实验：剪开几袋没有开封的暖宝宝，立即取出足量的发热剂；然后按图3或图4连好装置，进行实验。教师巡视、指导，5-7分钟后学生汇报实验现象。

学生：在图3装置中，刚开始水较快地流入集气瓶里，等一会儿水的流速逐渐减慢。

学生：在图4装置中，刚开始活塞较快地向前推进，几分钟后速度减慢。

教师提问：若实验比较成功，进入集气瓶里的水最终处于哪个刻度？注射器中的活塞最终处于哪个刻度？

学生：图3中，最终进入集气瓶中的水约在刻度1处。

学生：图4中，最终活塞约停留在16mL刻度处。

教师：本实验还需要一段时间才能结束，下面我们利用这段时间来了解铁系食品脱氧剂。

展示：几种不同包装的铁系食品脱氧剂。

学生思考：食品脱氧剂中的铁粉具有怎样的作用。

教师小结：铁粉在食品包装盒里会缓慢生锈使食品缺氧，从而达到保质保鲜的效果。据测定，1g铁的除氧能力为300mL，因此铁系脱氧剂的除氧效果非常好。

教师：如何检验脱氧剂中的铁粉是否完全变质？

实验：学生根据教师提供的实验用品，设计出几种检验方法，如使用稀硫酸或硫酸铜溶液检验，或利用磁铁吸引等。

分组实验：学生剪开几袋用过的铁系食品脱氧剂，进行实验。教师巡视、指导，实验结束后学生汇报。

学生：我们组的脱氧剂中稍微夹杂一点红色粉末，大量的黑色粉末能被磁铁吸引，说明绝大部分铁粉没有变质。

学生：我们组的脱氧剂明显变红，加入稀硫酸且微热，只冒出很少的气泡，说明绝大部分铁粉已经变质。

学生：我们组的脱氧剂几乎没有变红，加入硫酸铜溶液后，出现了大量红色固体，说明大部分铁粉没有变质。

教师：请学生再来观察前面测量空气中氧气体积分数实验的结果。

各小组根据实验现象，推算出氧气的体积分数约为1/6。

测量值偏小，请学生在课后思考造成误差的一些原因。

5.新课结束，交流学习收获。

教师：请同学用最简要的语言，说一说本节课自己最大的收获。

学生：我搞清了钢铁锈蚀的条件，以及影响铁生锈速率的因素。

学生：我明白了钢铁锈蚀也有有利的一面，我们要学会利用化学知识扬长避短。

学生：我知道了，测量空气中氧气的体积分数还可以使用铁粉。

学生：我深深地体会到，解决身边的化学问题要有扎实的基础知识、熟练的实验操作。

教师小结、评价：这节课学生积极参与、大胆发言、及时交流，收获很多。课后，请利用墙报、博客、QQ等形式继续交流探究成果、贡献学习疑惑。

6.布置作业，延伸探究活动。

（1）观察校园里的篮球架、国旗竿、自行车棚、楼层围栏、门锁等采用了哪些防锈措施。

（2）利用铁粉测量空气中氧气的体积分数时，测量值偏小的可能原因有哪些。

（3）设计实验证明，为什么夏天铁制品更容易锈蚀。

（4）给自己的自行车做一次防锈保障。

（作者单位：江苏省徐州市西苑中学）